全國中小學科展

國中組

當佛萊明碰上法拉第一電磁無聲引擎的研究

由於磁浮技術的長足進步,使得磁浮系統即將成為陸上交通工具的明日之星,而推進磁浮列車所運用的線形驅動器,則是另一種形式的電磁動力,不同於傳統的旋轉電機,惟其作用力仍依照弗來明左手定則產生直線運動。線形驅動技術除了應用在磁浮系統外,還有沒有其他方面的應用呢?它可以用於航空器或船隻嗎?它能否取代一般的旋轉電機或者內燃機械(引擎)嗎?

應用電流探討比熱

上學期化學第十四章講到法拉第電解定律時,應用電池供給電流促使正負離子的流動,從析出的物質中,求得每個離子所帶之電量,這是由電的效應轉變成化學效應。而在電池內部。則由陰極與陽極之化學反應,而構成了電流效應,使我們知道了電能可以轉變成化學能,化學能亦可以轉變成電能。然而物理第十一章中亦講到能量不滅定理,且不同形式的能量,可以互換;第十二章即利用能量不滅測定比熱,但此為同一形式能量之互換(冷熱混合法),而且實驗時誤差頗大,操作不太方便,亦不能作一般廣泛之物質比熱測定,因此我們幾個同學在好奇心的驅使下,試圖尋求另一種不同形式能量混合來測出比熱,經過老師的指導,著手於電流實驗。由電熱線所發出的功率測出各種物質之比熱,經三個多月來的實驗及互相研究,已經測出了一般物質之比熱。我們覺得這種方法甚為方便,可以提供以後國中物理教材之研究及不同能量形式互換的明證,操作簡單,現象明顯,並能與日常生活的電器用品相驗證,使理論與實際互為輝映。

Q勁十足的QQ BALL-探討不同變因對地瓜球特性之影響

我們很好奇為什麼地瓜球能有外脆內Q的雙重口感?油炸時到底要不要邊炸邊壓?為什麼坊間不同店家所賣地瓜球色澤、香氣、體積、軟硬都不盡相同,其中的關鍵差異是什麼? 為了解出謎題我們開始設計實驗探討不同種類澱粉、油炸過程有無加壓原料、不同開始加壓時間點、不同油溫、不同水、糖、油含量對地瓜球性質的影響。 實驗發現添加不同種類澱粉可以製成不同特性地瓜球;油炸過程加壓的確對地瓜球有膨大的效果;油溫越高,地瓜球表面的脆皮層硬化越快,但也易使內餡較乾、彈性較差;地瓜球原料所含水量越多、糖量越少,製成的地瓜球體積、彈性越大,但韌性與硬度越小;而含油量越多,製成的地瓜球體積越大,但韌性、彈性及硬度較差。

與牡蠣的蟹逅~豆蟹與牡蠣寄生關係之探討

豆蟹被發現共生於牡蠣內,但其關係的建立仍不清楚。本研究藉觀察牡蠣與豆蟹個別與共同生活探究它們的相互關係。結果發現雌雄牡蠣外觀型態差異甚小,但精卵外型與大小卻明顯不同。進行人工受精時增加洗卵次數可提高孵化率,也觀察到卵裂、擔輪子幼體和D型幼體等變化。對豆蟹的觀察顯示雄豆蟹體型小,常躲入雌蟹腹部中。抱卵雌蟹以腹部開合產生水流排放蚤狀幼體,幼體具正趨光性。將牡蠣與豆蟹一起飼養觀察兩者互動,發現豆蟹成體無法進入牡蠣。經調查發現牡蠣被豆蟹寄生率約10~12%,被寄生的牡蠣以1-2隻豆蟹居多,若寄生2隻豆蟹多為1雄1雌,比較被寄生與否的牡蠣之殼長和組織乾重,推測0.32~0.39cm的稚蟹選擇進入殼長3公分以上的牡蠣是寄生開始的可能時機。

神奇的金紙灰

本實驗主要是探討如何製作有效的防火塗料,使其達到環保又省錢的利用。 我們利用拜拜後燃燒剩下的金紙灰燼,來當作防火塗料的主材料並使用不同的黏著劑〈例如:膠水和白膠〉與金紙灰燼混合,塗在實驗用的冰棒棍上。經由設計九組不同的實驗,我們發現到純粹的冰棒棍在酒精燈上燃燒,平均約8秒即起火燃燒;若在冰棒棍表面塗上金紙灰燼加上各種不同的黏著劑所製成之防火塗料,其起火燃燒的時間均有明顯的延後。實驗結果也顯示不同的先後順序之塗料塗抹製程,其防火效果,也會有明顯的差異。 我們為求能獲得更佳的防火塗料,選用學校實驗室中的碳酸鈣及碳酸氫鈉藥品作為第二主材料,將藥品混合金紙灰燼與黏著劑作為防火塗料,使用碳酸鈣藥品的實驗結果顯示防火功效並不如膠水加上金紙灰燼來得好;而且意外發現使用碳酸氫鈉藥品加上膠水混合,產生縮合之化學反應,其產物有如一團橡皮筋球,無法作為塗料使用。 這次的實驗讓我們知道,像金紙灰燼這麼平凡無奇的東西,竟然也能發揮這麼令人意想不到的功效,實在奇絕!

水的電解實驗改進

國中化學課本第二冊48頁有關水的電解,是採碳棒為電極。在純水中加入幾滴硫酸,通入電流電解水。經過多次實驗所得結果與課本上所言之結果相去甚遠。在陰極所擭之氣體體積與陽極所得之氣體體積比,不接近 2 : l,且在陽極有黑色的小粒子浮游其間,因此希望能從多種電極與多種電解質,並以簡便又確實的方法驗證之。

利用連通管原理測量液體,體膨脹係數的探討

在日常生活中,所接觸的物質,就一般而論,物體經加熱以後,都會增大體積,而冷卻時卻收縮。也就是說:物體的體積增加愈多,則溫度愈高;反之,如該物體的體積增加愈少,則溫度愈低。即物體有熱脹冷縮的性質。在國中物理第十二章第一節「溫度和溫度計」中,談到:常用的水銀溫變計、酒精溫度計,都是利用此種液體熱脹性質來測量溫度的,並且以穿有細玻璃的小燒杯故在沸騰水中,以觀察不同的液體,其在加熱時的膨脹效果, (見物理第三冊,第 28 頁圖 12-l 。圖 12-2 )。我們為了進一步瞭解,各種液體其膨脹的效果一液體的體膨脹係數的大小與其變因之間的關係。另外投計一套實驗方法,利用不同密度的液體在連通管中,測量液體的體膨脹係數。

黑心竹筷現形記

在新聞報導中指出一般免洗筷子中大都有殘留二氧化硫,而二氧化硫可能導致過敏或氣喘病。本實驗主要是利用國中理化實驗室中常見的藥劑,找出檢驗竹筷子中的二氧化硫的簡便的方法。我們把竹筷中二氧化硫的檢測分為定性與定量分析兩部分。在定性分析實驗過程中,我們發現氯化鋇雖然可使亞硫酸根產生白色沉澱,但沉澱的現象不是很顯著。因此在加氯化鋇之前先加入過氧化氫,使亞硫酸根氧化成為硫酸根,可使產生硫酸鋇沉澱效果更顯著。而定量分析部分,經過多次的試驗,我們改進滴定的方法。首先降低碘標準液濃度,並利用注射針筒與點滴用的軟針來進行滴定,使得微量的二氧化硫可以被檢測與分辨出來。而根據實驗結果,我們發現所收集的衛生筷,只有木質衛生筷無二氧化硫殘留。而從定量實驗中可發現浸泡三小時或煮沸應該有助於去除竹筷的二氧化硫殘留。

藍瓶真好“酵”—亞甲藍對酵母菌呼吸作用之探討

「藍瓶」實驗是利用還原糖加入氫氧化鈉、亞甲藍溶液,使之發生藍色的亞甲藍變成無色的亞甲藍的氧化還原反應。本實驗以葡萄糖、果糖、半乳糖等還原劑,將藍色的亞甲藍還原為無色的亞甲藍,並利用分光光度計測量反應中亞甲藍的透光度,以其數值判斷反應時間,再以分光光度計測量固定時間內藍色亞甲藍的變化量(反應速率),藉此探討不同種類的糖類、不同濃度的糖類和不同濃度的酸鹼影響其反應速率的程度。因酵母菌呼吸作用為氧化反應,實驗中也發現,呼吸作用的速率和亞甲藍的變色有相關,因此可利用亞甲藍的變色測定呼吸作用的速率。最後以澄清石灰水、二鉻酸鉀和硫酸測得酵母菌在此狀況下是進行呼吸作用而非發酵作用。

全球暖化鑑識員

全球暖化是近年來大家關注的環境議題,而燃燒化石燃料使大氣中二氧化碳濃度遽增,則被認為是全球暖化的元兇。我們想知道全球暖化〔註1〕對台灣的氣候影響有多大?以及除了二氧化碳增量外,是否有其他因素可能導致全球暖化?我們先蒐集台灣主要城市近四十年來的氣溫資料,比較近四十年台灣氣溫是否有明顯增溫現象。接著我們設計五個實驗來探討可能影響地表氣溫變化的因素。我們發現台灣近四十年的年均溫並沒有明顯上升,不過每年的最高溫及最低溫卻有顯著的變化。而陽光照射角度、地軸偏向角〔註2〕的變化、空氣中水氣、二氧化碳及其它溫室氣體〔註3〕的含量,皆可能影響地表溫度。